Ideal für Propan und Kohlendioxid

R 744 auf dem Vormarsch

Im transkritischen Kältemittelkreislauf wird das komprimierte Kältemittel im thermodynamischen Prozess nicht verflüssigt, sondern lediglich abgekühlt. Bei diesen Wärmeübertragern spricht man daher von „Gaskühlern“ statt Kondensatoren. Technologische Verbesserungen bei Hochdruck-Kompressoren und Hochdruck-Expansionsventilen (HPEVs) sowie gute Betriebserfahrungen haben dazu beigetragen, dass R 744 als umweltfreundliches Kältemittel in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt wird, z. B. in der gewerblichen Kältetechnik, bei Verkaufsautomaten oder Eislaufbahnen.

Bei entsprechenden Bedingungen beträgt der Druck bei R 744-An-lagen bis zu 120 bar. Die notwendige Druckfestigkeit der Bauteile muss jedoch um ein Vielfaches höher sein. Der maximale Arbeitsdruck für den Verdampferprozess ist geringer, in der Regel liegt er zwischen 45 und 60 bar. Herkömmliche Wärmeübertrager mit Kupferrohren sind sowohl für Gaskühler als auch für Verdampfer bei Anwendungen mit R 744 einsetzbar. Die wichtigste Anforderung ist eine ausreichende Rohrwandstärke, um den hohen Drücken standzuhalten. Aufgrund der thermophysikalischen Eigenschaften von CO₂ und da der Berstdruck bei abnehmendem Rohrdurchmesser zunimmt, sind kleinere Rohrdurchmesser für Anwendungen mit R 744 besonders gut geeignet.

Auf dem Internationalen Kongress für Kältetechnik in Prag 2011 stellte das im italienischen Uboldo ansässige Unternehmen LU-VE S.p.A., einer der führenden Hersteller von Wärmeübertragern und Produkten für die Klima- und Kälteindustrie, Kupferrohre mit einem geringen Eisenanteil vor. Rohre aus dieser speziellen Kupferlegierung kommen z. B. in Gaskühlern zum Einsatz. Die von LU-VE vorgestellten Verdampfer bestanden ebenfalls aus Kupferrohren.

Kleine Rohrdurchmesser für Propan

Propan (R 290) ist ein weiteres natürliches Kältemittel, das für den Einsatz in Klimaanlagen in Betracht kommt. Es ist ein umweltfreundlicher Kohlenwasserstoff (C3H8) mit herausragenden thermodynamischen Eigenschaften und bietet sich daher als Kältemittel für Klimageräte in Wohngebäuden an. Ein entscheidender Nachteil von Propan ist jedoch die leichte Entflammbarkeit. Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, muss die Kältemittelfüllmenge möglichst gering sein. Zusätz­liche sicherheitstechnische Einrichtungen sind erforderlich.

In einer kürzlich vom ICA unterstützten Studie wurden ein dreidimensionales Parametermodell für die Simulation sowie Knowledge Based Engineering Method (KBEM) zur Optimierung von Klimaanlagen-Wärmeübertragern mit kleineren Rohrdurchmessern eingesetzt. Die Kältemittelmenge konnte durch die kleineren Rohrdurchmesser verringert werden. Experimentell gewonnene Mess­ergebnisse bestätigten die Simulationsergebnisse und machten deutlich, dass sich Kupferrohre mit kleineren Durchmessern für die Entwicklung von sicheren Raumklimageräten mit R 290 eignen. „Da die Schlüsseltechnologien weitgehend ausgereift sind, können Anlagen mit umweltfreundlichen Kältemitteln auf den Markt gebracht werden“, erläutert Nigel Cotton, OEM-Teamleiter des ICA. -